Poradniki

Sposoby chłodzenia silników

2016-02-17

Celem układu chłodzenia silnika jest utrzymanie prawidłowego zakresu temperatur jego części, bezpiecznego dla nich, dla oleju silnikowego i umożliwiającego prawidłowy przebieg procesów w silniku. Trudno jednak mierzyć temperaturę poszczególnych części silnika. Dowiedz się czy jest więc możliwa pośrednia regulacja ich temperatury, przez regulację temperatury płynu chłodzącego? Zapoznaj się ze sposobami chłodzenia silników. Sprawdź czym różni się chłodzenie silnika olejem silnikowym a chłodzenie silnika cieczą.

Elementy: 1 - zbiornik wyrównawczy płynu chłodzącego; 2 - termostat, w ustawieniu dla „zimnego” silnika, w którym nagrzany płyn chłodzący dopływający króćcem (a) przepływa do króćca (b) i jest przetłaczany przez pompę bezpośrednio do płaszcza chłodzącego silnika, natomiast króciec dopływu płynu chłodzącego do chłodnicy (c) jest zamknięty; 3 - termostat, w ustawieniu dla silnika nagrzanego do maksymalnej dopuszczalnej temperatury pracy silnika, w którym cała objętość nagrzanego płynu chłodzącego, dopływającego króćcem (a), płynie króćcem (c) do chłodnicy, natomiast zamknięty jest króciec (b), bezpośredniego dopływu płynu chłodzącego do płaszcza chłodzącego silnika; 4 - wskaźnik temperatury silnika; 5 - czujnik wskaźnika temperatury silnika i włącznik termiczny silnika wentylatora; 6 - nagrzewnica; 7 - pompa płynu chłodzącego; 8 - chłodnica; 9 - powietrze odbierające ciepło od płynu chłodzącego w chłodnicy; 10 - silnik elektryczny wentylatora chłodnicy. (Źródło: Behr Thermot-tronik)

- Chłodzenie silnika olejem silnikowym

Źródłem ciepła jest nie tylko proces spalania, ale też tarcie współpracujących elementów. Tarcie redukuje olej smarujący, który też odprowadza ciepło. Są miejsca w silniku, z których to głównie olej smarujący odprowadza ciepło - np. z denka tłoka (szczególnie w silnikach doładowanych), prowadnic zaworów wylotowych i miejsc współpracy krzywek ze szklankami popychaczy. Płyn układu chłodzenia odprowadza z tych miejsc, „okrężną” drogą, tylko niewiele ciepła.

Nadmierny wzrost temperatury

Nadmierny wzrost temperatury współpracujących elementów zmniejsza lepkość oleju smarującego, co może doprowadzić do styku współpracujących elementów, a więc zwiększenia: współczynnika tarcia, zużycia współpracujących elementów i dalszego wzrostu ich temperatury. Są silniki motocyklowe chłodzone głównie olejem smarującym silnik.

Chłodnica oleju i termostat

Dla szybszego nagrzewania silnika, zmniejszane są objętości oleju smarującego i płynu chłodzącego. Aby po nagrzaniu silnika utrzymać prawidłowy zakres temperatury oleju smarującego, w układzie smarowania silnika jest stosowana chłodnica oleju i termostat (rys.1). Może to być chłodnica chłodzona powietrzem, lub płynem chłodzącym. Chłodnica typu olej-płyn chłodzący, w okresie nagrzewania silnika, umożliwia nagrzewanie płynu chłodzącego przez nagrzewający się szybciej olej silnikowy. Po nagrzaniu silnika, płyn chłodzący chłodzi gorętszy olej silnikowy.

Chłodnice oleju są też z konieczności stosowane w bardziej wysilonych silnikach oraz czasami w układach przeniesienia napędu. Trzeba bowiem pamiętać, że korzystanie z wyższej mocy silnika powoduje większe jej ilościowe straty, zarówno w silniku jak i w układzie przeniesienia napędu, co oznacza, że w tym samym przedziale czasu trzeba odprowadzać większe ilości ciepła.

- Chłodzenie silnika cieczą

Silniki samochodowe są aktualnie prawie wyłącznie chłodzone płynem chłodzącym. Chłodzenie powietrzem tych silników to rzadki wyjątek. Wyróżniamy w nim:

• obieg „krótki”, w którym odpływający z głowicy silnika nagrzany płyn chłodzący płynie ponownie do płaszcza chłodzącego;

• obieg „długi”, w którym odpływający z głowicy silnika nagrzany płyn chłodzący przepływa do płaszcza chłodzącego przez chłodnicę, aby oddać część ciepła powietrzu omywającemu chłodnice.

Termostat

O objętości płynu chłodzącego, który przepływa przez każdy z obiegów, decyduje termostat. Jeśli temperatura silnika jest niższa od dolnej temperatury prawidłowego zakresu temperatur, cała objętość płynu chłodzącego płynie w obiegu „krótkim”. Jeśli silnik osiąga lub przekracza górną temperaturę prawidłowego zakresu temperatur, cała objętość płynu chłodzącego płynie w obiegu „długim” (ustawienie termostatu 3, na rys.2). Jeśli temperatura silnika mieści się w prawidłowym zakresie temperatur pracy silnika, termostat przyjmuje położenia pośrednie - część objętości płynu chłodzącego płynie obiegiem „krótkim” a część „długim”.

Temperatura części silnika a temperatura płynu chłodzącego

Przy stałym obciążeniu silnika, czyli stałej wartości ciśnienia pe, temperatura ścianki cylindra Tsc, zależy liniowo od temperatury płynu chłodzącego Tpc. Zmiana temperatury płynu chłodzącego określony silnik, powoduje zmianę temperatury ścianki cylindra Tsc, w tym samym stosunku.

Przy stałej temperaturze płynu chłodzącego, temperatura ścianki cylindra Tsc jest liniowo zależna od obciążenia silnika, czyli od ciśnienia efektywnego pe. Zmiana obciążenia określonego silnika powoduje zmianę temperatury ścianki cylindra Tsc, w tym samym stosunku. Wiadomo więc, że zmiana obciążenia silnika zmienia temperaturę ścianki cylindra Tsc, również jeśli temperatura płynu chłodzącego pozostaje stała. Zmiana temperatury ścianki cylindra jest jednak przewidywalna i założona przez konstruktora silnika.

Nie jest więc konieczny bezpośredni pomiar temperatury poszczególnych części silnika, ponieważ możliwa jest regulacja temperatury części silnika przez regulację temperatury płynu w układzie chłodzenia. Trzeba jednak pamiętać, że wzrost temperatury płynu chłodzącego, jest poprzedzony wzrostem temperatury części silnika. Jeśli temperatura płynu chłodzącego osiągnie maksymalną dopuszczalną wartość, to znaczy, że części silnika już wcześniej osiągnęły dopuszczalną temperaturę pracy a może nawet ją przekroczyły.

Tekst i zdjęcia pochodzą z artykułu „Sposoby chłodzenia silników” w dodatku technicznym Termostatyczna technika regulacyjna Kompendium praktycznej wiedzy 38/Kwiecień 2011